Studium přípravy hybridních organokřemičitých polymerních vláken metodou elektrostatického zvlákňování
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Polyorganosilany spadají do skupiny hybridních materiálů třídy II, které nabízejí nové možnosti materiálových funkcí a jejich vlastností. Ačkoliv byly v této kategorii již některé materiály zkoumány a stejně tak i jejich aplikace, nebyly doposud vlákna na základě polyorganosilanu v mikro a nano rozměru popsány což bylo motivací pro tuto práci. Předkládaná diplomová práce se zabývá podrobným zkoumáním poly(vinylmethyldimethoxysilanu) jako možného prekurzoru pro elektrostatické zvlákňování. Za účelem přípravy polymeru na bázi vinylmethylsilanu byla provedena radikálová polymerace a podmínky reakce byly modifikovány se záměrem změny molekulové hmotnosti získaného polymeru. Stupeň polymerace byl upravován na základě změny koncentrace iniciátoru a byl stanovován dynamickým rozptylem světla v roztoku polymeru a spektroskopickou metodou nukleární magnetické rezonance. Elektrostatické zvlákňování je velkou měrou spojeno s vlastnostmi roztoku a důraz byl proto kladen právě na zjištění těchto vlastností. Na základě experimentů bylo zjištěno, že syntetizovaný polymer je na přípravu vláken vhodný. Nicméně byly získány i fragmenty vláken a to s využitím polymeru v roztoku methanolu. Předpokladem zvlákňování je dostatek propojení mezi polymerními řetězci. Tento přístup byl studován se zapojením sol-gel postupu a bylo zjištěno, že fáze sol-gel procesu je velmi významná s ohledem na tvorbu vláken. Dalším využitým postupem pro získání vláken bylo začlenění dalšího polymeru do směsi jako nosiče a tímto postupem byla získána vlákna s různým průměrem.
Polyorganosilanes are an emerging class II hybrid material potentially enabling the preparation of new materials with novel functionalities. Although some pertinent intriguing materials and applications have been investigated, to date, the preparation of polyorganosilane-based micro and nanofibers has not been reported. Therefore, the present thesis deals with the investigation of poly(vinylmethyldimethoxysilane) as a novel precursor for the preparation of fibers via electrospinning. Free-radical bulk polymerization of vinylmethyldimethoxysilane was performed in order to obtain polymeric products of various molecular weights. The degree of polymerization was studied with respect to the radical starter concentration by dynamic light scattering and nuclear magnetic resonance spectroscopy experiments. Investigations of the ability to form fibers by electrospinning from solutions of the synthetized polymers were conducted with special emphasis on the properties of the used polymeric product and the spinning solution. Results showed that the studied polymer is in principle suitable for the preparation of fibers. However, only fragments of fibers were obtained by electrospinning of the polymers using methanol as a solvent. Further investigations, employing a sol-gel processing approach in order to enhance the number of polymer chain entanglements and thus increase spinnability, were conducted. It was found that the stage of gelation was crucial and the sol-gel process was investigated towards several parameters such as gelation time with respect to pH and water content. Again, fiber fragments could be obtained using optimized sol-gel processing parameters. Finally, a strategy utilizing a carrier polymer successfully yielded polyorganosilane-based fibers and the resulting fiber morphology was correlated to the employed process parameters.
Polyorganosilanes are an emerging class II hybrid material potentially enabling the preparation of new materials with novel functionalities. Although some pertinent intriguing materials and applications have been investigated, to date, the preparation of polyorganosilane-based micro and nanofibers has not been reported. Therefore, the present thesis deals with the investigation of poly(vinylmethyldimethoxysilane) as a novel precursor for the preparation of fibers via electrospinning. Free-radical bulk polymerization of vinylmethyldimethoxysilane was performed in order to obtain polymeric products of various molecular weights. The degree of polymerization was studied with respect to the radical starter concentration by dynamic light scattering and nuclear magnetic resonance spectroscopy experiments. Investigations of the ability to form fibers by electrospinning from solutions of the synthetized polymers were conducted with special emphasis on the properties of the used polymeric product and the spinning solution. Results showed that the studied polymer is in principle suitable for the preparation of fibers. However, only fragments of fibers were obtained by electrospinning of the polymers using methanol as a solvent. Further investigations, employing a sol-gel processing approach in order to enhance the number of polymer chain entanglements and thus increase spinnability, were conducted. It was found that the stage of gelation was crucial and the sol-gel process was investigated towards several parameters such as gelation time with respect to pH and water content. Again, fiber fragments could be obtained using optimized sol-gel processing parameters. Finally, a strategy utilizing a carrier polymer successfully yielded polyorganosilane-based fibers and the resulting fiber morphology was correlated to the employed process parameters.
Description
Citation
KOUKOLOVÁ, A. Studium přípravy hybridních organokřemičitých polymerních vláken metodou elektrostatického zvlákňování [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2020.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Spotřební chemie
Comittee
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (předseda)
prof. Ing. Michal Veselý, CSc. (místopředseda)
prof. Ing. Michal Čeppan, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Zdenka Kozáková, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Aleš Mráček, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2020-09-01
Defence
Obhajoba proběhla podle následujícího schématu: prezentace studentky-vyjádření vedoucí/ho-oponentský posudek-reakce na posudek-diskuse s komisí. Studentka přednesla výborný výtah výsledků své diplomové práce, řádně zodpověděla všechny dotazy oponentské i členů komise, pohotově reagovala na připomínky. V diskusi tak studentka prokázala výbornou schopnost orientace v teoretických i praktických základech problematiky diplomové práce. Komise zhodnotila její diplomovou práci celkově jako výbornou.
Pekař: Jak vypadalo experimentální zařízení?
Čeppan:
Mráček: Nezkoušeli jste měřit vodivost či povrchové napětí výsledných kapek?
Co je klíčová vlastnost proto, aby mohl být polymer zvlákněn?
Kozáková: Jak jste na snímcích rozlišili vlákna nosné polymeru a polysilanu?
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení